Физиологични промени в системата за терморегулация под влияние на мускулната дейност

Организмите на бозайниците и птиците имат постоянна телесна температура, относително независима от промените в температурата на околната среда. Поради постоянството на температурата химичните реакции в тези организми могат да протичат с относително постоянна скорост. Ненаучно организмите на бозайниците и птиците се наричат топлокръвни. Организмите на влечугите (змии, крокодили, костенурки, гущери), земноводните (жаби), рибите и низшите животни и всички растения нямат добре организирани механизми за поддържане на постоянна температура. Температурата на тялото им до голяма степен се определя от температурата на околния въздух (или вода). При понижаване на температурата на околната среда жизнените процеси на тези организми се инхибират, а при повишаване се ускоряват. Ненаучно такива организми се наричат хладнокръвни.

Поддържането на постоянна телесна температура е възможно благодарение на наличието насистема за термичен контрол или система за терморегулация.

чрез промяна на скоростта на производство на топлина (генериране на топлина) чрез промяна на скоростта на пренос на топлина (пренос на топлина) Процесите на образуване и отделяне на топлина се осъществяват под контрола на нервната система и системата на ендокринните жлези.

В покой основната роля в производството на топлина се играе от такива органи като черния дроб, сърцето, мозъка, ендокринните жлези, бъбреците, в които скоростта на метаболизма е висока (и съответно скоростта на разпадане на веществата с освобождаване на енергия е висока). Поради високата скорост на метаболизма, температурата на клетките на тези органи е малко по-висока от температурата на клетките на други органи (например, температурата на черния дроб е 38 0 C). Около 20% от топлината в покой се дава от неработещите мускули. Въпреки че скоростта на метаболизма в мускулите в покой е ниска, мускулната маса е голяма.процент от телесното тегло, поради което приносът на мускулите за образуването на топлина е значителен. Топлина се генерира и в други клетки на тялото, но нейният дял в общото генериране на топлина е малък.

Относително равномерно разпределение на топлината в тялото се осигурява от кръвта. Преминавайки през черния дроб, сърцето, мозъка и други "топли" органи, кръвта се нагрява, като ги охлажда, а преминавайки през повърхностните мускули, кожата и други "студени" органи, кръвта се охлажда, като ги затопля. Повърхностната температура на тялото обаче остава малко по-ниска от температурата вътре в тялото.

По време на мускулна дейност, към топлината, произведена от клетките на черния дроб, сърцето, мозъка, ендокринните жлези, се добавя огромно количество топлина, отделена в резултат на мускулна контракция.

топлина на разлагане на химикали

топлина, генерирана в резултат на триене

Както вече беше споменато в раздела "Двигателна система", само част от енергията от разграждането на химикалите може да се използва за синтеза на АТФ (аденозинтрифосфорна киселина) и само част от енергията от разграждането на АТФ отива директно за мускулна контракция. Основната част от енергията (повече от 70%) се разсейва под формата на топлина, осигурявайки затопляне на тялото. По този начин ефективността на мускулната контракция е изключително ниска (под 30%). Ефективност (коефициент на ефективност) на различни видове двигателна активност.

И така,основната роля в производството на топлина в тялото се играе от процесите на гниене, протичащи в клетките.При мускулната работа основният производител на топлина са свиващите се мускули.

Само аконямаше механизми за пренос на топлина, телесната температура на възрастен в покой би се увеличила всеки час с 1,24 0 С.

Въпреки това, обикновено тялото не се нагрява поради факта, че тялото отдава топлина на външната среда с приблизително същата скорост, с която се произвежда.

По този начин в механизмите на пренос на топлина основната роля принадлежи на кожата, която е в контакт с околния въздух, вода или предмети, излъчва фотони на топлинна енергия и от повърхността на която се изпарява потта. Самата пот също се образува в кожата – в нейните по-дълбоки слоеве.

Най-често изпаряването на потта става незабележимо както за човек, така и за другите. Ако скоростта на образуването му е по-висока от скоростта на отстраняването му, по повърхността на човешкото тяло могат да се наблюдават капчици пот.

При неутрални условия на околната среда (температура на въздуха 29 0 C, минимално движение на въздуха) делът в общия топлопренос на топлопроводимост и конвекция е 40%, радиация - 40%, изпарение - 20%. Въпреки това, колкото по-висока е температурата на околната среда, толкова по-голяма е ролята на изпарението. Ако температурата на въздуха е равна или по-висока от температурата на тялото, тогава изпарението остава единственият възможен механизъм за пренос на топлина. От своя страна изпарението е силно затруднено от повишаването на влажността на околния въздух, а във водата е напълно невъзможно.

Професионалните плувци, които правят дълги ежедневни тренировки във водата, често страдат от бъбречно заболяване. Поради липсата на възможност за изпаряване на потта при интензивна мускулна дейност във вода, тази част от токсините, които биха могли да бъдат освободени чрез потта, се отделят през бъбреците, което затруднява тяхната работа. Годините на повишен стрес върху бъбреците могат да доведат до развитие на бъбречно заболяване.

Ако човекът лежинеподвижно, но с напрегнати мускули, количеството генерирана топлина в тялото се увеличава с 10%. Леката мускулна работа увеличава производството на топлина с 60-70%, докато тежката мускулна работа увеличава производството на топлина в тялото с 20 пъти.

Едновременно с увеличаването на генерирането на топлина по време на извършване на мускулна дейност се увеличава и преносът на топлина. Ако човек извършва динамична работа (движи се, а не само се напряга), конвекцията се увеличава, във всички случаи се увеличава топлопроводимостта и излъчването, но най-важното е, че скоростта на образуване на пот се увеличава и при нормални условия скоростта на нейното изпарение.

Така при извършване на мускулна работаизпаряването на потта става основният механизъм за генериране на топлинаПотта, както всяка течност, се изпарява с абсорбция на енергия, което води до намаляване на температурата на кожата. Кръвта, преминаваща през кожата, се охлажда и допълнително охлажда другите органи. Още веднъж си струва да се отбележи, че топлопроводимостта, конвекцията и излъчването са възможни само при условия, когато температурата на околната среда е по-ниска от телесната. Намаляването на температурата на кожата по време на работа затруднява механизмите на топлопроводимост, конвекция и излъчване, тъй като температурната разлика между кожата и околната среда намалява. Следователно основният метод за пренос на топлина по време на мускулна дейност е изпаряването на потта. При високо тренирани бегачи на дълги разстояния скоростта на образуване на пот може да достигне 2-3 литра на час (!). Поради значително увеличаване на дишането по време на мускулна работа, изпарението на вода от повърхността на дихателните пътища също се увеличава значително.

Значителната загуба на вода чрез потта и издишания въздух води до рязко намаляване на телесното тегло за кратко време. Например маратонци по време на бягане на разстояниетоможе да загуби до 2-4 кг тегло (!).

Ако мускулната активност е достатъчно интензивна и продължителна, тогава, въпреки максималната мощност на системата за терморегулация, образуването на топлина в тялото надвишава нейното връщане и се наблюдава повишаване на телесната температура. В редки случаи при висококвалифицирани спортисти, обучени да преодоляват значителни промени във вътрешната среда на тялото, повишаването на температурата може да достигне 41 0 C и по-високо (според някои доклади температурата на работещите мускули може да достигне 42 0 C).

Повишаването на телесната температура е особено характерно за бегачите на дълги разстояния. Ако състезанията се провеждат в горещо време и дори при относително висока влажност, когато изпаряването на потта е затруднено, много често спортистите получават топлинни удари. Чести са и случаите на смърт на спортисти от прегряване.

Професионалните спортисти имат значителноповишена способност да отделят топлина. При същото натоварване изпотяването при спортист ще започне по-рано и ще бъде по-ефективно, отколкото при неспортуващ.

Механизмите на производство на топлина при спортистите се променят по различен начин.Ефективността на тренираните мускули е по-висока от тази на нетренираните,така че по-малко енергия се преобразува в топлина по време на мускулна контракция. Въпреки това, мускулите на спортистите са в състояние да развият значително по-голямо напрежение, следователно в същото време технияторганизъмвсе още еспособен да произвежда повече топлина.